ется в нулевое положение. Штурвалом 6 задается требуемый угол перекладки. Разность угловых состояний В1 и В2. Подается на А2 и далее через UR1 и А3 на серводвигатель М3, задающий перекладку руля. Управляющий сервомеханизм СМ останавливается при равенстве сигналов от В1 и В2.
Простое управление
Переключатель «S» в положение «П». Штурвал 6 кинематически соединяется с сельсином – трансформатором 3, от которого через выпрямитель 5 получает питание обмотка управления усилителя А3 и далее М3.
1.5.3.Авторулевой «АИСТ»
ВПУ (рис. 1.23) расположены сельсины СПк и СДу, БК (включающий в себя фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, дифференцирующее и интегрирующее вычислительное устройство на базе усилителя постоянного тока УПТ и преобразователя П), а также полупроводниковый усилитель У и штурвал Ш, связанный с МД и
МПр, чтобы не сломать ограничитель СДу. На ПУ также расположены шкалы грубого и точного отсчетов курса, шкала указателя руля, подвижный индекс, стрелки заданного и истинного положения руля, переключатель режимов управления на 3 положения, рукоятки регулирующие, коэффициент дифференцирующего звена и коэффициент обратной связи, рукоятки переключателей запуска насосов, сигнальные лампы запуска и перегрузки электродвигателей насосов. В
«ИМ» расположен двигатель Дим с редуктором Р, сельсин СДим, пружинный нуль-установитель и рукоятка управления (все это на насосе).
Принципиальная схема «АИСТ:
ГП – гидропривод; ГУ – гидроусилитель;
ПУ – пост управления; ИМ – исполнительный механизм;
МД – механический дифференциал; Р – регулятор; Б – баллер руля; Н – насос;
ЭД – электродвигатель; РП – рычажная передача;
41
БК – блок коррекции; МП – механическая передача;
Мпр – муфта проскальзывания.
Рис. 1.23. Принципиальная схема авторулевого «АИСТ»
Автоматический режим
Судно идет прямым курсом, совершая небольшие рыскания. При отклонении от заданного курса гирокомпас отмечает его с помощью СДк. СПк повернется на тот же угол и развернет СДу. На выходе СДу появится UΔψ, пропорциональное углу Δψ. Напряжение с СДу поступает на БК, где вырабатывается Uдиф, пропорциональное первой производной от Δψ. Сигналы UΔψ и Uдиф суммируются на
42
«У». Усиленный сигнал поступает на Дим, который через «Р» поворачивает СДим и одновременно через РП перемещает шток системы золотник – поршень ГУ. Последний приводит в действие «Н», осуществляющий перекладку пера руля с помощью «ГП».
Сигналы обратной связи, снимаемые с СДим и СДР будут вычитаться из основных сигналов, и когда эта разность будет равна 0, вращение Дим прекратится и руль будет переложен на определенный угол. Под действием момента, создаваемого рулем, судно выходит на заданный курс. При этом СДк начнет вращаться в обратную сторону и СПк будет возвращать сельсин СДу в нулевое положение.
Если судно будет рыскать несимметрично, то начнет работать интегрирующее устройство, сигнал которого Uинт смещает руль на определенный угол так, чтобы компенсировать момент внешних сил. Если судно сносится ветром от заданного курса, то гирокомпас отметит величину и направление сноса и СПк, связанный с СДк, повернется на такой же угол и через МП повернет СДу, сигнал с которого поступит на У и одновременно на БК.
С выхода БК Uинт = |
1dt поступит так же на У, где про- |
суммируется с основным сигналом. Руль переложится на угол, соответствующий суммарному сигналу. Судно будет возвращаться на заданный курс, а руль займет положение, отличное от нулевого и обусловленного величиной Uинт. Сигнал с СДу будет равен нулю, а Uинт будет скомпенсировано напряжением обратной связи СДр.
Изменение курса производится поворотом штурвала, при этом поворачивается СДу и сигнал поступает на У и Дим и перекладка руля будет производиться до тех пор, пока судно не начнет поворачиваться в нужную сторону. Тогда СДк через СПк возвратит СДу в нулевое положение. К моменту прихода руля в ДП СДу займет нулевое положение и судно перейдет на новый курс. В следящем режиме угловое положение руля соответствует положению штурвала. При этом отключается СПк и БК. В остальном схема работает так же, как при изменении курса.
Ручное управление осуществляется рукояткой, расположенной на приборе ИМ, поворотом которой через механическую передачу будет повернут управляющий орган насоса.
43
1.6. Эксплуатация рулевых электроприводов
Схемы рулевого электропривода содержат множество элементов, характеристики которых по надежности не одинаковы. Ряд элементов (транзисторы, конденсаторы и т. д.), отказы которых носят внезапный характер, не обладают ремонтопригодностью и требуют замены после выхода из строя. Обнаружение неисправности здесь, для неработающей системы, возможно только путем периодических проверок.
Многие звенья подвержены влиянию физического старения, постепенно изменяют свои свойства во времени (износ, ухудшение состояния изоляции). Работоспособность таких элементов может быть восстановлена посредством технического обслуживания, которое предусматривает замены и подрегулировки еще исправных узлов оборудования, достигших определенного возраста или степени износа.
Характеристики распределения времени отказов аппаратуры рулевых приводов являются предметом изучения теории надежности. Знание таких характеристик позволяет научно обоснованно установить виды эксплуатационного обслуживания: периодичность и объем осмотров, замен, периодичность проверок в целях контроля исправности оборудования и т. д. Для накопления материала все отказы оборудования регистрируются в специальных журналах с указанием характера отказа, времени наработки и т. п., направляются с очередным рейсовым донесением в механико-судовую службу пароходства, где ведется учет и анализ поступающей информации, вырабатываются конкретные рекомендации по обслуживанию, составу сменных и запасных частей и режиму их хранения.
Рулевой электропривод – система многократного действия. Продолжительность рабочих и нерабочих периодов определяется длительностью рейса и стоянок, являющихся в общем случае непостоянными. Характер обслуживания привода зависит от эксплуатационного состояния, в котором находится судно. В настоящее время в практике деятельности судовых электротехнических групп можно выделить три основных вида обслуживания рулевых систем.
Проверка готовности производится электромехаником перед каждым выходом судна в рейс. При этом проверяется состояние электрических машин рулевого устройства, система питания, аппаратура управления силовым приводом, измеряется сопротивление
44
изоляции всего электрооборудования. В холодном состоянии оно должно быть не менее 2 МОм. Затем совместно со старшим помощником и вторым механиком производится опробование рулевого устройства в действии путем перекладки руля с борта на борт при различных предусмотренных видах управления. Оценивается работа электрических машин, пускорегулирующей аппаратуры, постов управления силовым приводом, сверяются показания рулевых указателей с истинным положением, испытывается работа конечных выключателей. Обнаруженные неисправности незамедлительно устраняются. Производится опробование автоматического режима работы в объеме и порядке, предусмотренном фирменной инструкцией. О результатах проверки рулевого электропривода электромеханик и второй механик докладывают старшему механику и делают соответствующую запись в вахтенных журналах.
Вахтенное обслуживание осуществляется электромехаником по электрооборудованию и вторым механиком по кинематическому и силовому механизмам. Во время хода, не реже одного раза в сутки, должны быть проверены нагрузки исполнительного двигателя рулевого привода, нагрев его подшипников, корпуса, чистота содержания электрооборудования, отсутствие шума и недопустимых вибраций, состояние аппаратуры управления и защиты.
В сложных условиях плавания резервный электропривод должен быть готов к немедленному использованию. При обнаружении неисправностей, требующих остановки электропривода, электромеханик должен принять все меры к устранению ненормальной работы, согласовывая свои действия с вахтенными помощником и механиком. Переход на резервный агрегат осуществляется по разрешению вахтенного помощника. В первую очередь вводится резервный электропривод, далее останавливается работающий.
Переход с одного вида управления рулем на другой необходимо производить, строго руководствуясь заводской инструкцией.
Техническое обслуживание (ТО) направлено на поддержание элементов привода в работоспособном состоянии. Периодичность и общий объем обслуживания устанавливаются правилами технической эксплуатации электрооборудования. Наряду с этим следует учитывать также указания заводских инструкций, конкретизирующих нормативы и технологию обслуживания в зависимости от свойств установленных приборов.
45
Техническое обслуживание без разборки систем автоматического управления рулем осуществляется не реже одного раза в месяц. При этом производится чистка сухой ветошью, продувка сжатым воздухом. Проверяется состояние уплотнений изоляционных прокладок, сальников. Обжимаются контактные соединения, измеряется сопротивление изоляции. В магнитной станции привода, кроме того, проверяется состояние дугогасительных камер, нажатие контактов коммутационных аппаратов. Двигатель насоса имеет периодичность ТО один раз в три месяца.
Техническое обслуживание с частичной разборкой производится не реже одного раза в год. При этом дополнительно к обслуживанию без разборки выполняют следующее. Проверяют нажатие пружин, ключей. Чистят и смазывают замеченные очаги коррозии. Смазка приборов производится в объеме, предусмотренном заводской инструкцией. Резиновые уплотнения смазываются специальной мазью из смеси графита и касторового масла. Подтягивается крепеж агрегатов питания приборов. Промеряется состояние амортизаторов. Производится перерегистрация и сверяется комплектация деталей ЗИПа. В пусковой станции двигателя дополнительно проверяют состояние внутреннего монтажа, обновляют лаковый покров катушек аппаратов, производят их сушку.
Техническое обслуживание с полной разборкой для авторулевых производится в соответствии с фирменной инструкцией. Рулевой ИД имеет периодичность ТО один раз в четыре года. При этом производится разборка двигателя, промывка подшипников, замена смазки, окраска внутренних поверхностей, проверяется целостность короткозамкнутых стержней ротора. Аппараты магнитной станции разбираются. Заменяются изношенные детали. Регулируются углы поворота рычагов, шарнирных механических соединений.
После установки и подключения аппарата производят его необходимую регулировку и проверку работы в составе привода.
Диагностирование авторулевых. В процессе эксплуатации элементы авторулевого подвергаются различным внешним и внутренним воздействиям, которые с течением времени могут тем или иным образом отразиться на их выходных характеристиках. Изменение технического состояния отдельных устройств и блоков приводит к изменению свойств системы управления объектом.
Методы технического диагностирования позволяют на основании оценки изменения состояний прогнозировать их развитие с
46
определенной достоверностью и соответственно осуществлять планирование эксплуатационного обслуживания.
Вместе с тем само понятие техническое состояние достаточно объемное, характеризующееся многими факторами, применительно к сложным автоматизированным системам, в том числе и к авторулевым, в настоящее время не имеет четкой выразительности, позволяющей дать однозначное и исчерпывающее количественное описание рассматриваемого свойства системы. Поэтому теоретические возможности диагностических методов, связанные, в частности, с распознаванием образов, в практике эксплуатации не всегда в полной мере могут быть реализованы.
Это обстоятельство является основным, ограничивающим в значительной степени внедрение машинных способов контроля состояния авторулевых, что в свою очередь исключает организацию эксплуатации сложного и ответственного электропривода по техническому состоянию отдельных составляющих элементов.
Поиск неисправностей является одним из составляющих процесса диагностирования. Источниками неисправностей являются элементы электрооборудования и связи между ними. В большинстве случаев параметры безотказности связей гораздо выше, чем основных элементов. Существуют два обобщенных подхода при поисках неисправностей. Первый ориентируется на формальные методы, использующие априорную информацию о надежности элементов.
В настоящее время в практике эксплуатации электрооборудования судов широко используются логические методы поиска, которые иначе называют эвристическими. Некоторые авторы, стремясь принизить значимость указанных методов, называют их интуитивными. Эвристический метод, в отличие от формальных, не задает жесткой технологии поиска. По своему существу это метод гипотез, которые выдвигаются на основании информации о признаках неисправности. Анализ гипотез и их последующая проверка, выдвижение уточняющих гипотез – характерные признаки эвристического метода на всех этапах поиска. При формировании гипотезы следует прежде всего убедиться путем дополнительной проверки, что причина неисправности не связана с действием защитных аппаратов, отсутствием питания или снижением качества напряжения в преобразующих блоках.
Технология поиска неисправности посредством эвристического метода предполагает определенную последовательность дей-
47
ствий после установления факта существования самой неисправности.
1.Анализ имеющейся информации о неисправности и характере ее проявления.
2.Составление предварительной гипотезы.
3.Выбор уточняющих проверок, их выполнение и анализ.
4.Выдвижение уточняющих гипотез и их проверка.
Здесь под проверкой понимают некоторый физический эксперимент, совершаемый с электроприводом, когда результатом является оценка его реакции на определенное направленное воздействие. Проверка в основном представляет собой измерение напряжений, реже измерение токов и сопротивлений.
Цикл выдвижения и уточнения отдельных предположений практически продолжается до тех пор, пока неисправность и ее причины не будут установлены.
Предварительно, перед началом поиска неисправности общую систему автоматизированного электропривода следует условно разделить на отдельные функционально связанные узлы, блоки, которые на рассматриваемом этапе характеризуются как объекты поиска, определяя его точность и глубину. На последующем этапе поиск продолжается путем анализа работоспособности найденного неисправного блока. Поиск прекращается, когда в результате оказывается выявленным элемент или узел схемы, комплектно подлежащий восстановлению или замене.
При составлении рабочих гипотез о причинах неисправности и последующих уточняющих проверок следует учитывать возможности использования трех видов управления рулем, где задействован различный состав функциональных элементов и блоков, количественно возрастающий при переходе от простых схем к более сложным. Поэтому в первую очередь следует убедиться в работоспособности узлов, которые реализуются при всех трех видах управления. Например, исполнительный механизм ИМ (рис. 2.21) находится в работе при автоматическом, следящем и простом управлениях. Отказ этого звена может быть оперативно выявлен при проверке системы ручного кнопочного управления. Если работа этого узла безупречна, то это обстоятельство должно учитываться при выдвижении гипотез и причин неисправности в схемах возрастающей сложности. При этом нужно только дополнительно убедиться в нормальном действии переключателей режимов.
48
В качестве исходной модели, на основании которой по выявленным признакам ненормальной работы составляются первоначальные предположения о причинах неисправности, можно рекомендовать разделение системы авторулевого на следующие функциональные блоки: электропривод насоса, система сигнализации, исполнительный механизм, микропереключатели ручного простого управления, системы формирования сигнала следящего и автоматического управления, блок коррекции, усилитель, блок возврата штурвала. Состояние блока определяется не только нормальной работой его электрической схемы, но и в ряде случаев зависит от правильности функционирования кинематических связей. Например, заедания в кинематике задающего сельсина увеличивают его нагрузку и в конечном итоге снижают чувствительность схемы. Тот же симптом с возможностью автоколебательной работы получается при износе шарнирных соединений прибора РД.
Успешное использование эвристического подхода к поиску неисправностей предполагает хорошую изученность свойств отдельных элементов системы и ее общего функционирования.
Оптимизация эксплуатационных режимов авторулевых заключается в выборе определенных значений регулируемых параметров настройки, когда обеспечивается наилучшая эффективность управления судном. Наиболее важным технико-экономическим показателем работы судна при его движении на прямом курсе является эксплуатационная скорость. На эксплуатационную скорость судна оказывают непосредственное влияние такие факторы, связанные с качеством работы авторулевого, как точность удержания на курсе, период и амплитуда рыскания, частота и амплитуда перекладки руля. Поэтому критерием оптимизации качества действия рулевого автомата служит интегральная квадратичная оценка.
Оптимизация настройки авторулевого в каждом конкретном случае осуществляется обслуживающим персоналом путем поочередного изменения варьируемых параметров КОС, /Стг. Процесс продолжается до тех пор, пока ие найдется сочетание КОС и КТг, обеспечивающее наилучшее качество управления. Оценка качества настройки производится оператором по показаниям репитеров курса и аксиометра. Для более объективной оценки разработаны специальные приборы, которые выдают интегральное значение выбранного критерия качества. Такие устройства реализуются и при разработке новых, адаптивных систем авторулевых, автоматизирующих
49
процесс перенастройки параметров в целях обеспечения оптимального режима работы.
На показатели оптимальной настройки авторулевого оказывают существенное влияние следующие факторы.
1)Изменение загрузки судна, наличие крена и особенно дифферента.
2)Изменение скорости хода более чем на 10–15%.
3)Изменение характера действия внешних возмущений. В частности, изменение курсового угла волны более чем на 8–10°.
Оптимальная настройка авторулевого индивидуальна. Она зависит не только от типа судна, но и от условий его эксплуатации. Поэтому конкретизация технологии регулировки параметров в общем виде затруднительна.
Можно руководствоваться следующими общими соображени-
ями.
1)Требуемая точность удержания судна на курсе должна обеспечиваться при минимальной работе рулевой машины;
2)не следует увлекаться повышением чувствительности авторулевого в целях уменьшения рыскания судна, так как при этом резко возрастает число перекладок руля;
3)из-за большой инерционности объекта управления повышение числа перекладок руля свыше 400 за час не способствует улучшению стабилизации судна на курсе. Это ускоряет износ рулевого привода и увеличивает общее сопротивление движению судна.
50